CHASSIS

Den Lautsprecher als komplette Box findet man immer am Ende einer Audiokette. Er ist eigentlich das wichtigste Glied in dieser Kette!

Aus diesem Grund sollte man dem Lautsprecher als ganzes und den einzelnen Chassis im besonderen sehr große Aufmerksamkeit widmen! Auf dieser Seite wird das Thema Chassis etwas mehr beleuchtet.


Das dynamische Lautsprecherprinzip als Gesamtes (allgemeinngültig und in Vertretung für die meisten Arten).

Wie arbeitet eigentlich ein "Lautsprecher"? Nun dazu müssen wir erst einmal klären, was überhaupt bei der "Schallerzeugung" passiert. Schall ist im Grunde nichts anderes als die Änderung von Luftdruckschwankungen (Schallwellen oder Schwingungen) mit variabler Geschwindigkeit. Dazu muss man ein geeignetes Mittel haben, um die Luft in diese Schwingungen zu versetzen.

Wie kommt es denn nun zu den Schwingungen? Um die Luft in Schwingung bzw. Bewegung zu versetzen, benötigt man eine gewisse mechanisch stabile Fläche wie z.B. eine Pappe in der Größe von ca. einem Blatt Papier. Wenn man diese Pappe (zwischen beiden Händen relativ stramm festgehalten) insgesamt und mit beiden Händen parallel schnell vor und zurück bewegt, wird dadurch die davor und dahinter liegende Luftmasse mit bewegt. Geschieht das schnell genug, wird daraus eine Schallwelle oder eben der Schall.

In die Tat umgesetzt heißt das, diese Pappe muss irgendwie automatisch in Bewegung gehalten werden. Am besten nimmt man dazu einen Lautsprecher oder in diesem Einzelfall ein Lautsprecher Chassis. Aber wie ist denn so ein Lautsprecher Chassis eigentlich aufgebaut und wie funktioniert das denn?

dyn-konz-k.jpg (21130 Byte)Machen wir dazu mal ein kleines Experiment: Wir nehmen ein einfaches Blatt Papier, halten dieses mit zwei Händen stramm gespannt in der Luft. Jetzt bitten wir einen lieben Mitmenschen mit seinem Finger einmal in die Mitte gegen das Blatt zu schnippen. Was man dabei hört, ist schnell erkannt: eine Art kurzer Knall.

Was ist hier gerade passiert? Nun, die Papiermembrane wurde durch eine geeignete "Kraft" (dem Fingerschnipp) in Bewegung versetzt. Da das sehr schnell geschehen ist, ertönt dem entsprechend ein Knall. Und der war entsprechend laut!

Wenn wir den "schnippenden" Finger durch eine elektrische Spule ersetzen, die auf einen Papierrolle gewickelt wurde, diese dann auf das Blatt Papier in der Mitte kleben, und diese Papierrolle wiederum ganz knapp (mit sehr wenig Spiel) um einen Stabmagneten (dem Polkern) taucht, haben wir in sehr vereinfachter Form einen richtigen Lautsprecher. Wenn vorher das Blatt noch zu einem Kegel gerollt wird, kommen wir der meistgebrauchten Form schon recht nahe. Dem Konuslautsprecher.

Der Form halber sei hier noch hinzugefügt, das der Kegel im Bereich der Spule und am oberen, äußeren Ende in geeigneter Weise um die Spulenachse "zentriert" werden muss. Ansonsten würde die Membrane unkontrolliert herumschaukeln oder taumeln und sich damit selbst zerstören. Im Bereich der Spule nennt man das "Zentriermembran" und am oberen Ende "Sicke". Die Sicken sind meistens aus weichem Gummi oder Schaumstoff. Es gibt auch noch eine mehrfach gefaltete Papiersicke und noch so genannte Gewebesicken. Diese ist in der Regel härter und wird deshalb nur in "offenen" Systemen eingesetzt. Damit die Spule nicht durch Staub oder andere Verunreinigungen beschädigt werden kann, legt man im Zentrum des Konus noch einen Dom oder eine Staubschutzkappe auf, die dicht mit der Membrane verklebt wird. Auf der Rückseite am Magneten muß man ebenfalls geeignete Staubschutzmaßnahmen treffen.

Wichtig ist hier nur eine genügende Menge Windungen auf die Spule zu wickeln, damit der Widerstand der Spule in etwa dem eines normalen Lautsprechers entspricht (ca. 100 - 200 Windungen mit z.B. 0,1 mm Kupferlackdraht). Übliche Werte sind hier 4 oder 8 Ohm.  Verbindet man die Spulendrähte nun mit einem Verstärker, kann man tatsächlich damit Musik hören!

Wie kommt denn nun die Bewegung in die Membrane eines Lautsprechers? Nun, sobald vom Verstärker eine der Musik entsprechende Spannung anliegt, wird aufgrund des Widerstandes ein Strom durch die angeschlossene Spule fließen. Dieser Strom erzeugt ein elektrisches Magnetfeld um den Leiter (Draht) herum (siehe auch die rechte Handregel im Menu Kabel). Dieses elektrische Magnetfeld bewirkt durch den schon vorhandenen Stabmagneten und seinem statischen Magnetfeld eine Anziehung oder Abstoßung des "Spulenkörpers", je nach dem, in welcher Richtung der Strom fließt und die damit ausgerichtete Magnetfeldrichtung. Dadurch kommt es zu schnellen Bewegungen der Membrane im Rhythmus der Musik und die wiederum erzeugt den Schall in Form von Luftdruckschwankungen. Dieses Prinzip nennt man das dynamische Prinzip.

bass.jpg (2206 Byte)Dieses Prinzip lässt sich auf Bässe, Mitteltöner und Hochtöner anwenden. Konische Bässe und Mitteltöner sind bis auf die Maße baugleich. Die Bauarten solcher dynamischen Chassis reichen von Konus und Elektrostaten bis zu Flachmembranen. Der Konustyp wird zumindest im Bass sehr oft eingesetzt.

magneto-kk.jpg (5147 Byte)mittel.jpg (2935 Byte)Es gibt aber auch Mitteltöner in völlig anderen Bauarten. Diese reichen vom Konus (links) über Magnetostaten (rechts) , Elektrostaten, Bändchen, Piezoelektrischen, Ionenmitteltönern, Mitteltonhörnern, Biegewellen bis zu Kalotten.

Die Konusse und Kalotten sind allerdings die meistgebrauchten Bauformen. Hörner nimmt man gerne zur Erzeugung hoher Schalldrücke.

kaoltte1.jpg (1794 Byte)Hochtöner verzichten auf die "schwere" Konusmembranen (zu große Masse) und bestehen daher auch nur noch aus dem Spulenträger und einem Dom, der sogenannten Kalotte. Die Bauarten sind wie beim Mitteltöner reichhaltig. Diese reichen vom Magnetostaten über Elektrostaten, Bändchen, Piezoelektrischen, Ionenhochtönern und Hochtonhörnern bis zu Kalotten. Die Kalotten sind auch hier die meistgebrauchten Typen. Seit einiger Zeit kommen aber immer öfter auch Bändchen und da wiederum gefaltete Bändchen zum Einsatz. Hörner nimmt man auch hier gerne zur Erzeugung hoher Schalldrücke.


Soviel also zum Grundkonzept eines Lautsprechers. Gehen wir jetzt mal etwas auf die akustische Physik ein.

Chassis sind die Teile in einer Box, die den eigentlichen Schall produzieren, den wir am Ende hören. Da das Audiofrequenzspektrum einen für unser Ohr großen Bereich abdeckt, gibt es auch für jeden Bereich das "passende" Chassis. Für den tieffrequenten Anteil gibt es den Bass. Für den mittleren Teil gibt es den Mittelton und für den hochfrequenten Anteil des Musiksignals gibt es den Hochton. Für alle diese Chassis gibt es nun wiederum verschiedene Arten. Diese verschiedene Arten können sehr verschieden innerhalb ihrer Gruppe ausgelegt werden.

Welche Arten von Lautsprecherchassis es gibt, habe ich oben ja schon grob angedeutet. Es gibt eine mir unbekannte Anzahl von verschiedenen Chassistypen, da sich in diesem Bereich ständig Neuheiten ergeben, sodass man dem kaum noch nach kommen kann. Ich möchte daher auch nur auf einige wenige aus der großen Auswahl eingehen.

Fangen wir wieder bei den Bässen an.

Es gibt meines Wissens 3 Grundarten für gute Bässe. Dazu gehören die am meisten eingesetzten "konischen" in runder Bauform, die Elektrostatischen und Magnetostatischen mit großer Fläche und die selteneren Biegewellenstrahler.

Der Bass hat die Aufgabe, tieffrequente Anteile eines Musiksignals mit genügend Druck wiederzugeben. Dabei sind einige Faktoren zu beachten. Wichtig für eine möglichst tief reichende Frequenzabstrahlung ist eine genügend große Abstrahlfläche! So kann man kaum erwarten, dass unabhängig von der Boxenbauform ein 10 - 15 cm Bass noch wuchtige Tiefbässe abgibt. Dagegen wird das mit 20 - 30 cm und darüber schon ganz anders. Deren Abstrahlfläche ist eben erheblich größer, und deren Resonanzfrequenz aufgrund der größeren Masse durch mehr Membranmaterial niedriger.

Es ist außerdem zu beachten, das Bässe mit großen Membranen, wie sie nun einmal erforderlich sind, gerne mal dazu neigen hohe Frequenzen gebündelt abzustrahlen. Daher sind Große Membranen nicht besonders dafür geeignet, hohe Frequenzen abzustrahlen. Sie neigen dann zur Schallbündelung, was schon mal sehr unangenehm oder gar "quäkelig" klingen kann. Damit wird das Musikhören schon anstrengend und ist somit nicht gerade zielführend.

Also fassen wir mal kurz zusammen: große Fläche des Bass = tiefer Bass (Frequenzen) .

Bei den Mitteltönern wird es schon variabler und zugleich auch schwieriger.

Es gibt auch hier die "konischen" in runder Bauform, allerdings gibt es im Mitteltonbereich wegen der für das Ohr besonders wichtigen Frequenzbereiche auch sehr viele verschiedene Bauformen und Varianten. Die reichen von Elektrostaten, über Magnetostaten, Kalotten, Bändchen, Piezoelektrischen, Hörnern und sicher noch vielen mehr....

Der Mittelton hat die Aufgabe, mittelffrequente Anteile eines Musiksignals mit genügend Druck wiederzugeben. Dabei sind noch mehr Faktoren zu beachten. Hierbei hat man in zweierlei Hinsicht Probleme zu bekämpfen.

1. Damit noch ausreichend tiefe Frequenzen übertragen werden können, benötigt man wie beim Bass noch etwas große Abstrahlflächen.

2. Gleichzeitig soll aber eben derselbe Lautsprecher eine relativ kleine Masse haben, damit er die höherfrequenten Musikanteile ohne Bündelung übertragen kann. Außerdem ist hier eine große Masse hinderlich bei der Beschleunigung derselben, weil eine große Masse schwer in Schwingung zu bringen ist. Also muss die Masse und die Fläche klein sein. Das aber ergibt eigentlich einen Widerspruch in sich!

magneto-kk.jpg (5147 Byte)ddd-i.jpg (3453 Byte)Da diese besonderen Anforderungen auch besondere Maßnahmen erfordern, haben sich einige Hersteller auch außergewöhnliche Bauformen einfallen lassen, die durchaus ihren Reiz haben können. Diese sind z.B. die besonderen "dynamischen" Magnetostaten (links) oder auch die Biegwellenstrahler (rechts). Die Konusse und Kalotten sind allerdings die meistgebrauchten. Inzwischen haben sich aber immer mehr Hersteller auf die Folienmodelle, also Magnetostaten mit dem Bändchenkonzept verlagert, da hier ganz klar klangliche Vorteile zum tragen kommen, die bei den meisten anderen Varianten entweder gar nicht, oder nur unzureichend angeboten werden.

Also fassen wir auch hier mal kurz zusammen: große Fläche des Bass = tiefer Bass, kleine Masse = guter Mittelton. Wie man sieht ist das nicht so einfach, aber es gibt trotzdem viele gute Mitteltonchassis, die das Problem meistern!

Zum Schluss kommen wir zu den Hochtönern.

Hier gibt es auch verschiedene Varianten. Diese sind Kalotten, Elektrostatische, Bändchen, Ionen-Hochtöner, Piezoelektrischen, Hörner in diversen Ausführungen usw. ...

kaoltte1.jpg (2313 Byte)Der Hochton hat die Aufgabe, hochfrequente Anteile eines Musiksignals mit genügend Druck wiederzugeben. Auch hier sind einige Faktoren zu beachten. Es kommt darauf an, eine möglichst kleine Masse in Schwingung zu versetzten, da hier die Frequenzen schon recht hoch sind und eine zu große Masse die schnellen Schwingungen nur behindern würde. Bei Hochtönern mit Kalotten sind die Schwingspulenabdeckungen (Dom) meist schon die Membrane. Es gibt aber auch andere Bauarten. Aber dazu siehe weiter unten bei den weiteren Arten. Dynamische Hochtöner verzichten auf die "schwere" Konusmembran (zu große Masse) und bestehen daher auch nur noch aus dem Spulenträger und einem Dom, der so genannten Kalotte. Die Kalotten sind auch hier die meistgebrauchten Typen. Sie sind auch sehr preisgünstig zu produzieren und haben einen dementsprechend hohen Verbreitungsgrad. Sie sind akustisch nicht ideal, aber noch akzeptabel.

Hier haben aus physikalischer Sicht die Bändchen und kleine Elektrostaten ganz klar die besten Vorraussetzungen wegen ihrer extrem niedrigen bewegten Massen. Bändchenhochtöner gibt es mittlerweile in vielen verschiedenen Varianten, Bauformen und Größen. So gibt es die am meisten eingesetzten linearen Bändchen mit einer ultraleichten Trägerfolie auf die eine hauchdünne Leiterbahn aufgetragen ist, durch die der elektrischen Strom fließt. Da diese Folie zwischen zwei starken Magneten angeordnet ist, kann sie sehr schnellen auch extrem schnell folgen. Neben dem linearen Bändchen gibt es auch eine runde Bauform, die grundsätzlich dem gleichen Konzept folgt.

Auch hier eine kurze Zusammenfassung: kleinste Masse = höchste Höhen (Frequenzen).


Weitere Arten im Detail

Das Elektrostatische Prinzip

Ein elektrostatischer Lautsprecher besitzt im Gegensatz zum dynamischen keine Spulen, die im Verbund mit Magneten arbeiten. Hier bedient man sich der physikalischen Tatsache, das sich statisch mit hohen Spannungen aufgeladene Flächen mit gleicher Polarität abstoßen (ähnlich den sich abstoßenden Magneten bei gleicher Polarität). Diese Flächen bestehen aus elektrisch leitenden sehr leichten, aber großflächigen Folien.

logan-statement_sr.jpg (17611 Byte)In der Praxis werden außen allerdings nicht Folien, sondern an deren Stelle gelochte Bleche oder Drahtgitter eingesetzt. Der Grund ist auch einleuchtend. Wenn außen Folien wären, würde der Schall genau durch diese Folien nicht ins Freie gelangen und damit der ganze Aufbau für die Katz sein. Bei gelochten Blechen oder Drahtgittern kann jedoch der Schall relativ ungehindert ins Freie. Der Trick beim so genannten Elektrostaten ist folgender. Man ordnet zwei dieser Lochbleche/Drahtgitter so an, das sich die Flächen exakt parallel gegenüber stehen. Dazwischen lässt man noch Platz für eine mittlere Folie. Jetzt legt man eine sehr hohe Gleichspannung an die beiden äußeren Lochbleche an (positiv an eine, negativ an die andere). An die Folie in der Mitte zwischen den beiden Gitter wird ebenfalls eine hohe Spannung angelegt, allerdings ist diese von dem Musiksignal abhängig und damit keine Gleichspannung.

Liegt nun eine den wechselnden Signalen folgende Spannung an der Folie an, wird diese nach dem elektrostatischen Prinzip jeweils von einem Außenlochblech/Drahtgitter angezogen oder abgestoßen.

Diese Elektrostaten haben anerkannt sehr gute Klangeigenschaften. Der Übertragungsbereich erstreckt sich über das gesamte Audio Frequenzband. Die Preise für diese aufwendige Bauart sind sehr hoch. All den jenigen, denen dieser hohe Preis nicht zu viel ist, wird mit Sicherheit keine Enttäuschung zuteil werden! Die Impedanzen können je nach Modell schon mal bis zu 1 Ohm heruntergehen.


Das Magnetostatische und das Bändchen Prinzip

ribb1.gif (3814 Byte)Bei diesen Prinzipien handelt es sich um Flächenartige Folienlautsprecher. Diese Folien haben ähnlich dem weiter oben beschriebenen Experiment die Aufgabe, den Schall abzustrahlen. Die "Spule" ist hier allerdings nicht auf eine Papierrolle gewickelt, sondern Schnecken- oder Meanderförmig auf die Fläche in einer Ebene aufgebracht. Das geht aber nicht mehr mit runden Kupferdrähten, sondern hier wird die "Spule" aus Gewichtsgründen aus Aluminium bestehend als Leiterbahn auf die Fläche aufgedampft oder geklebt. Der Vorteil dabei ist, das die aufgetragene "Spule" sehr leicht ist. Diese "flache" Folienmembrane ist zwischen Stabmagneten angeordnet. Zwischen den einzelnen Stabmagneten befindet sich ein oder mehrere ausreichende Luftspalten, der/die dem entstandenen Schall zur Verbreitung verhilft. Die Schallentstehung ist dem der dynamischen vergleichbar. Der durch die "Leiterbahn" fließende Strom erzeugt um die Leiterbahn herum ein Magnetfeld, das je nach Strom- und damit Feldrichtung von dem umgebenden Magnetfeld der Stabmagneten abgestoßen oder angezogen wird. Die dabei entstehende Schwingung erzeugt wiederum den Schall.

1th400-kk.jpg (3844 Byte)Bändchenlautsprecher können in ihrer Größe stark variieren. So gibt es z.B. Hochtöner mit einem sehr kleinen Bändchen, während Mitteltöner bis zu 1200 mm lang sein können. Dem entsprechend sind dann auch die Übertragungsfähigkeiten. Sie reichen bei kleinen Bändchen von ca. 5kHz bis ca. 40kHz, bei den großen kann die Übertragung schon ab 150Hz losgehen und selbst diese können durchaus hinauf bis zu 20kHz reichen. Speziell bei den Bändchenhochtönern gibt es neben der länglichen Bauform auch eine runde Bauform. Diese Bauform heut ion vielen aktuellen Modellen verwendet, da deren Produktion relativ günstig ist und die Tonqualitäten immer besser werden.

Die Impedanzen der Bändchen variieren ebenfalls sehr stark: von kritischen 0,1 Ohm bis zu normalen 8 Ohm. Für die Arten mit sehr niedrigen Impedanzen (z, B. Strathearn mit 0,1 Ohm) gibt es spezielle Endverstärker, die diesen Belastungen gewachsen sind.

strath.jpg (1658 Byte)Der Einsatz kann sich aber durchaus lohnen, da der Klang, gerade von den Strathearn, sehr ausgewogen und feinzeichnend ist! Der Frequenzgang ist bei diesem Chassis für ein Bändchen sehr weit reichend: 300 Hz - 20000 Hz. Das macht ihn wirklich äußerst interessant. Sollte jemand an genau diesem Typ interessiert sein, sei darauf hingewiesen, dass der zwar mitgelieferte Impedanzwandler (Ringkerntrafo) das Impedanzniveau normalisiert, jedoch ist gerade ein zwischengeschaltetes Element im Signalweg tunlichst zu vermeiden. Wie sicher bekannt ist, sind "Trafos" keine linearen Übertrager sondern Frequenzabhängige. Wer diesen Nachteil nicht möchte, sollte darauf verzichten! Wer nicht weiß, wie er/sie an den passenden Verstärker herankommt, kann sich auch an mich wenden: Email strathern@top-audio.de.

Ich hoffe, jetzt ist einigermaßen klar geworden, wie ein Lautsprecher funktioniert. Wenn nicht, bin ich gerne bereit, weiterzuhelfen. Es gibt aber auch genügend Fachlektüre zu diesem Thema.

Anregungen und Kritiken an anregung@top-audio.de